JPH11316074A - 冷・温蔵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 性能劣化の少なく耐用寿命の長い冷・温蔵装
置を提供する。 【解決手段】 箱形熱導体１と、箱形熱導体１の周壁部
２に巻装された電熱ヒータ３と、箱形熱導体１の底部に
密着したペルチェ素子７と、冷却モードまたは加温モー
ドを選択するモード選択手段１１、１２と、電熱ヒータ
３ならびにペルチェ素子７に電力を供給する電源１４、
１５と、モード選択手段１１、１２により選択された冷
却モードまたは加温モードにより電源を切り換える電源
切換手段１３とを備え、モード選択手段１１により冷却
モードが選択された場合はペルチェ素子７により箱形熱
導体１を冷却し、加温モードが選択された場合はペルチ
ェ素子７への通電を行なわないで電熱ヒータ３のみで箱
形熱導体１を加温するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１つの機器で冷蔵
と温蔵の２つの機能を兼備した冷・温蔵装置に係り、特
にペルチェ素子を備えた冷・温蔵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ペルチェ素子は電流の向きを変えること
により、冷却モードから加温モードまたは加温モードか
ら冷却モードに切り換えることができるため、このペル
チェ素子を用いた１つの機器からなる冷・温蔵装置が開
発、生産されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の冷・
温蔵装置を特に加温モードで使用していると、性能劣化
が大きいという欠点がある。本発明者らはこの加温モー
ドでの性能劣化について諸種検討した結果、加温モード
下での半導体素子の破壊が起因していることを解明し
た。

【０００４】図５は、一辺が１．４ｍｍの正方形で高さ
が１．６ｍｍの立方体からなる半導体素子に電流を流さ
ないで、各高温下で３０００時間保存した場合の半導体
素子の電気抵抗値を測定し、保存温度と抵抗変化率との
関係を示す特性図である。この図から明らかなように、
半導体素子に電流を流さない場合には高温になっても半
導体素子の電気抵抗は殆ど変化していない。

【０００５】図６は、同じ半導体素子を用いて高温端部
の電極に温度センサを付けて、高温端部の温度を高温に
して５Ａの電流を流し、各高温下で３０００時間保存し
た場合の半導体素子の電気抵抗値を測定して、高温端温
度と抵抗変化率との関係を示す特性図である。この図か
ら明らかなように、半導体素子に電流を流した場合は高
温になると半導体素子の電気抵抗が急速に増加している
ことが分かる。

【０００６】これは、通常、半導体素子の電極との接合
面にニッケルメッキを施しているが、特にＰタイプの半
導体素子は高温下での通電に伴い反応層が増え、半導体
素子が実質的に変質破壊されて内部抵抗が増大している
ためだと考えられる。

【０００７】ペルチェ素子を用いて加温する場合、放熱
側の熱コンダクタンスの大小にもよるが、通常、半導体
素子の高温部は外気（加温の場合は庫内加温温度）より
１５〜２０℃程度高くなっている。従って加温モードで
庫内加温温度を７０℃に設定すると、半導体素子の高温
端温度は実際には８５〜９０℃程度に達しており、前述
の特性試験から明らかなように半導体素子の電気抵抗が
急激に増加し、半導体素子の変質破壊が多発している。

【０００８】このように従来の冷・温蔵装置は特に加温
モードでの性能劣化が激しく、さらに加温モード時にい
ったん生成した反応層は冷却モードでも悪影響を及ぼ
し、反応層が増加すると冷却モードでの性能劣化も生じ
るという欠点を有している。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、前述のような欠点が解消できて性能劣化の少な
く耐用寿命の長い冷・温蔵装置を提供することを目的と
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金
などの熱伝導性の良好な金属からなる箱形熱導体と、そ
の箱形熱導体の周壁部に巻装された電熱ヒータと、その
箱形熱導体の底部に密着したペルチェ素子と、前記箱形
熱導体と電熱ヒータとペルチェ素子の外周を覆う断熱層
と、冷却モードまたは加温モードを選択する例えばモー
ド選択スイッチなどのモード選択手段と、前記電熱ヒー
タならびにペルチェ素子に電力を供給する電源と、前記
モード選択手段により選択された冷却モードまたは加温
モードにより電源を切り換える例えばコントローラなど
の電源切換手段とを備えている。

【００１１】そして前記モード選択手段により冷却モー
ドが選択された場合には前記ペルチェ素子により箱形熱
導体を冷却し、加温モードが選択された場合には前記ペ
ルチェ素子への通電を行なわないで前記電熱ヒータのみ
で箱形熱導体を加温するように構成されていることを特
徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は前述のような構成になっ
ており、冷却モード時はペルチェ素子で庫内を冷却し、
加温モード時はペルチェ素子への通電を停止して電熱ヒ
ータで庫内を加温し、しかもペルチェ素子と電熱ヒータ
は距離的に離れているから、高温による半導体素子の変
質破壊が抑制される。そのため、加温ならびに冷却の性
能劣化が少なく、耐用寿命の長い冷・温蔵装置を提供す
ることができる。

【００１３】次に本発明の実施の形態を図とともに説明
する。図１は第１の実施の形態に係る冷・温蔵装置の断
面図、図２はその冷・温蔵装置における電熱ヒータ取付
け部の拡大断面図、図３はその冷・温蔵装置の機能ブロ
ック図である。

【００１４】図１に示すように、例えばアルミニウムあ
るいはアルミニウム合金などの熱伝導性の良好な金属か
らなる箱形熱導体１の４面の周壁部２には、電熱ヒータ
３が巻装されている。この電熱ヒータ３の各電線４は複
数本並べて、または個別にアルミニウムなどの金属粘着
テープ５によって周壁部２に貼り付けられており、この
金属粘着テープ５は電線４の固定と、周壁部２への熱伝
導の２つの機能を有している。本実施の形態は図１に示
すように、周壁部２のほぼ全体に電熱ヒータ３が巻装さ
れている。

【００１５】この電熱ヒータ３から離れた位置、すなわ
ち箱形熱導体１の底部６のほぼ中央部にはペルチェ素子
７が密着するように取り付けられている。ペルチェ素子
７は図示していないが、底部６側に配置された吸熱側電
極と、それと所定の間隔をおいて配置された放熱側電極
の間に多数のＮ形半導体とＰ形半導体が交互に機械的に
は並列に配置され、電気的には直列に接続されている。

【００１６】これら半導体は一層でも二層以上のカスケ
ード構造でもよい。底部６の表面にアルミナなどの電気
絶縁膜を設け、その上に直接前記吸熱側電極を配置して
もよいし、セラミックなどの絶縁基板を介して底部６に
吸熱側電極を配置してもよい。ペルチェ素子７の放熱は
水冷でも空冷でも構わないが、特に水冷では大きな熱コ
ンダクタンスが得られるため好適である。

【００１７】前記箱形熱導体１と電熱ヒータ３とペルチ
ェ素子７の外周は、例えば独立型または連続型の発泡ウ
レタン樹脂などからなる箱形の断熱層本体８によって覆
われている。特に発泡ウレタン樹脂からなる断熱層本体
８はガラスウールなどの断熱層に比べて断熱効果が高い
から、加温モード時におけるペルチェ素子７（半導体素
子）への熱的影響を抑制することができる。断熱層本体
８の開口部は、同じく独立型または連続型の発泡ウレタ
ン樹脂などからなる断熱ドア９により開閉される。

【００１８】本実施の形態に係る冷・温蔵装置の機能に
ついて、図３とともに説明する。前記断熱層本体８の側
面または断熱ドア９の前面などに操作パネル１０が付設
され（本実施の形態は図１に示すように断熱ドア９の前
面に付設）、その操作パネル１０には図３に示すように
冷却モード選択スイッチ１１と加温モード選択スイッチ
１２が併設されている。操作パネル１０にはこの他、電
源スイッチや温度設定手段（摘みタイプ、タッチパネル
タイプ、テンキータイプなど）、運転モードや設定温度
などを表示する例えば液晶表示素子の如き表示部などが
付設されている。

【００１９】前記選択スイッチ１１、１２、電源スイッ
チ、温度設定手段などの各入力信号は、ＣＰＵやメモリ
ーなどを内蔵したコントローラ１３に入力される。コン
トローラ１３は、前記選択スイッチ１１、１２により選
択された冷却モードまたは加温モードにより電源を切り
換える電源切換制御、ならびに他の各部のシーケンスコ
ントロールを行なう。

【００２０】コントローラ１３からの電源切換信号（給
電信号）は、電熱ヒータ３用のヒータ電源１４またはペ
ルチェ素子７用の素子電源１５に入力される。すなわち
前記冷却モード選択スイッチ１１により冷却モードが選
択された場合は、それをコントローラ１３で判断し、素
子電源１５に給電信号を入力し、それに基づいてペルチ
ェ素子７へ通電されるとともに、水冷の場合は水循環ポ
ンプを、また空冷の場合は放熱ファンを駆動する。これ
により箱形熱導体１は底部６から周壁部２にかけて冷や
され、庫内が所定の温度に冷却される。

【００２１】一方、加温モード選択１２により加温モー
ドが選択された場合は、それをコントローラ１３で判断
し、前記ペルチェ素子７への通電を行なわないで、ヒー
タ電源１４に給電信号を入力し、それに基づいて電熱ヒ
ータ３へ通電され、電熱ヒータ３のみで箱形熱導体１を
加温する。ペルチェ素子７は電熱ヒータ３と離れてお
り、しかも周囲の大部分は断熱層本体８で覆われている
から、加温モード時のペルチェ素子７（半導体素子）へ
の熱的影響は最小限に抑えることができる。また、仮に
ペルチェ素子７（半導体素子）の周囲温度が高温になっ
ても、図５の特性図から明らかなように半導体素子の抵
抗変化は殆どなく、半導体素子が変質破壊される心配は
殆どない。

【００２２】図４は、本発明の第２の実施の態様を示す
冷・温蔵装置の断面図である。前記第１の実施の態様で
は図１に示すように電熱ヒータ３が周壁部２のほぼ全面
に設置されているが、本実施の形態では、箱形熱導体１
の開口部からある程度の所まで電熱ヒータ３が設置さ
れ、ペルチェ素子７との間隔を第１の実施の態様よりも
離している。

【００２３】本発明の冷・温蔵装置において、冷却モー
ド時は箱形熱導体１の底部６に設置されているペルチェ
素子７で箱形熱導体１内を全体的に効率よく冷却し、加
温モード時はペルチェ素子７への熱的影響を抑えて箱形
熱導体１の周壁部２に巻装された電熱ヒータ３で箱形熱
導体１内を全体的に効率よく加温するためには、箱形熱
導体１の材質がアルミニウムあるいはアルミニウム合金
の場合、箱形熱導体１の平均板厚は１〜４ｍｍの範囲が
好適で、さらに好ましくは２〜４ｍｍの範囲である。

【００２４】前記平均板厚が１ｍｍ未満であると、箱形
熱導体１の伝熱効率が悪く、冷却モード時に箱形熱導体
１の開口部付近まで十分に冷却することができず、一
方、加温モード時に箱形熱導体１の底部６付近まで十分
に加温することができない。また平均板厚が４ｍｍを超
えると、加温モード時に箱形熱導体１を伝わる熱によっ
て多少ともペルチェ素子７への熱的影響がある。従って
箱形熱導体１の平均板厚は１〜４ｍｍの範囲に規制する
とよい。

【００２５】前記実施の形態ではヒータ電源と素子電源
とを別個にしたが、１電源２出力の電源を用いることも
できる。また必要に応じて庫内に送風ファンなどを設置
することもできる。

【００２６】冷・温蔵装置内に収納して冷蔵または温蔵
するものとしては、例えば料理、食材、おしぼり、試
料、薬品など各種のものがある。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の本発明は前述のような構
成になっており、冷却モード時はペルチェ素子で庫内を
冷却し、加温モード時はペルチェ素子への通電を停止し
て電熱ヒータで庫内を加温し、しかもペルチェ素子と電
熱ヒータは距離的に離れているから、高温による半導体
素子の破壊が抑制される。そのため、加温ならびに冷却
の性能劣化が少なく、耐用寿命の長い冷・温蔵装置を提
供することができる。

【００２８】請求項２記載のように、ペルチェ素子が箱
形熱導体の底部のほぼ中央部に設置されていると、電熱
ヒータとの距離を最大限に離すことができ、ペルチェ素
子への熱的影響を可及的に抑制することができる。

【００２９】請求項３記載のように、箱形熱導体がアル
ミニウム又はアルミニウム合金からなり、平均板厚が１
〜４ｍｍの範囲に規制されておれば、箱形熱導体内を全
体的に効率よく冷却または加温するとともに、ペルチェ
素子への熱的影響を効果的に抑制することができる。

【００３０】請求項４記載のように、電熱ヒータの電線
が金属粘着テープにより箱形熱導体の周壁部に固定され
ておれば、電熱ヒータから発生した熱を効率よく箱形熱
導体に伝達することができる。

【００３１】請求項５記載のように、断熱層が断熱効果
の高い発泡ウレタン樹脂で構成されていると、加温モー
ド時のペルチェ素子への熱的影響を効果的に抑制するこ
とができるなどの特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る冷・温蔵装置
の断面図である。

【図２】その冷・温蔵装置における電熱ヒータ取付け部
の拡大断面図である。

【図３】その冷・温蔵装置の機能ブロック図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る冷・温蔵装置
の断面図である。

【図５】半導体素子に通電しない場合の保存温度と半導
体素子の電気抵抗変化率との関係を示す特性図である。

【図６】半導体素子に通電した場合の高温端温度と半導
体素子の電気抵抗変化率との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 箱型熱導体 ２ 周壁部 ３ 電熱ヒータ ４ 電線 ５ 金属粘着テープ ６ 底部 ７ ペルチェ素子 ８ 断熱層本体 ９ 断熱ドア １０ 操作パネル １１ 冷却モード選択スイッチ １２ 加温モード選択スイッチ １３ コントローラ １４ ヒータ電源 １５ 素子電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導性の良好な金属からなる箱形熱導
   体と、その箱形熱導体の周壁部に巻装された電熱ヒータ
   と、その箱形熱導体の底部に密着したペルチェ素子と、
   前記箱形熱導体と電熱ヒータとペルチェ素子の外周を覆
   う断熱層と、冷却モードまたは加温モードを選択するモ
   ード選択手段と、前記電熱ヒータならびにペルチェ素子
   に電力を供給する電源と、前記モード選択手段により選
   択された冷却モードまたは加温モードにより電源を切り
   換える電源切換手段とを備え、 前記モード選択手段により冷却モードが選択された場合
   には前記ペルチェ素子により箱形熱導体を冷却し、加温
   モードが選択された場合には前記ペルチェ素子への通電
   を行なわないで前記電熱ヒータのみで箱形熱導体を加温
   するように構成されていることを特徴とする冷・温蔵装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、前記ペルチェ素
   子が箱形熱導体の底部のほぼ中央部に設置されているこ
   とを特徴とする冷・温蔵装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載において、前記箱形熱導体
   がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、平均板
   厚が１〜４ｍｍの範囲に規制されていることを特徴とす
   る冷・温蔵装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載において、前記電熱ヒータ
   の電線が金属粘着テープにより前記周壁部に固定されて
   いることを特徴とする冷・温蔵装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載において、前記断熱層が発
   泡ウレタン樹脂で構成されていることを特徴とする冷・
   温蔵装置。